中国农业科学

2023年第56卷第17期中英文目录

中国农业科学. 2023, 56(17): 0-0.

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导读：我国耐除草剂棉花研发与育种应用

梁成真, 金双侠

中国农业科学. 2023, 56(17): 3247-3250. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.001

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耐除草剂棉花GGK2的遗传稳定性分析及性状鉴定

梁成真, 臧有义, 孟志刚, 王远, MUBASHIR Abbas, 何海焱, 周琪, 魏云晓, 张锐, 郭三堆

中国农业科学. 2023, 56(17): 3251-3260. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.002

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【目的】 明确转基因耐除草剂棉花GGK2的遗传稳定性和营养品质等性状，为其产业化应用提供数据基础和技术支撑。 【方法】 针对实验室培育的新型耐除草剂棉花GGK2，选取其T₃、T₄、T₅代开展试验研究。利用特异性PCR和Southern blot开展基因组整合稳定性分析；利用实时荧光定量PCR、ELISA和胶体金试纸条开展表达稳定性分析；通过田间喷施草甘膦测试其除草剂耐受稳定性，以及依据相关国际或国内行业标准进行棉籽营养成分分析等。 【结果】 抗除草剂基因GR79 EPSPS和GAT，以及筛选标记基因NPTⅡ以单拷贝形式整合到棉花GGK2基因组D10染色体，且能够在T₃、T₄、T₅代转基因棉花中稳定遗传，同时发现基因组中不含有遗传转化载体的骨架片段。表达分析发现GR79 EPSPS、GAT和NPTⅡ 3个基因在棉花GGK2的不同时期、不同组织部位均有表达，其中，叶片中的表达量相对较高。四叶期、盛花期、吐絮期3个蛋白在叶片中表达量分别介于128.7—192.4 µg·g^-1、24.4—35.0 µg·g^-1和17.0—23.9 µg·g^-1鲜重，利用GR79 EPSPS单克隆抗体制备的胶体金试纸条可以对田间棉花GGK2叶片实现快速鉴定。除草剂耐受性分析结果显示，转基因棉花GGK2可耐受4倍生产使用剂量的草甘膦除草剂。T₃—T₅不同世代棉花喷施除草剂后均未发现受害症状，而且整个生育期的生长发育未受影响。棉籽营养成分分析表明，来源于新疆、河北和河南种植的GGK2棉籽中，水分、灰分、蛋白质、脂肪、粗纤维、维生素及脂肪酸含量与非转基因对照之间无显著差异，各指标的含量水平均位于ILSI数据库报道的范围内。 【结论】 转基因棉花新种质GGK2的耐除草剂性状遗传稳定性好、除草剂耐受能力强、籽粒营养成分与非转基因对照之间无显著差异，在耐除草剂棉花生物育种具有重要的应用价值且产业化前景好。

转1174AALdico-2+CTP耐草甘膦优异棉花种质系的创制及其特性

王宛如, 曹跃芬, 盛况, 陈进红, 赵天伦, 祝水金

中国农业科学. 2023, 56(17): 3261-3276. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.003

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【目的】 棉田杂草是限制棉花生长的因素之一，与棉花争夺营养、水分和光照，不仅影响棉花的生长发育，还影响棉花的产量和品质。通过基因工程途径培育高耐草甘膦优异棉花种质，实现棉田间化学除草，提高植棉的经济效益。 【方法】 将来源于耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans）的EPSPS基因1174AALdico-2连接叶绿体转运肽，以35S为启动子，将2个目的基因串联后构建棉花转化载体。运用农杆菌活体转化技术，将目的基因导入棉花品种中棉所49，获得阳性转化体植株。以受体材料中棉所49和转化体自交分离得到的非转基因NON为对照，对转化体植株进行分子特征检测、草甘膦耐受性鉴定、农艺性状和经济性状等综合评价，以筛选出优良的转基因耐草甘膦棉花材料。 【结果】 通过农杆菌活体转化方法获得138个阳性转化体，对转化体植株进行目的基因PCR检测、Southern blot、Western blot分析和ELISA检测，从中筛选出17个分子特征明确、外源基因表达量高的阳性转化体。Southern blot和核苷酸测序结果表明，转化体插入位点和拷贝数各不相同，其中，ZD131、ZD185和ZD207等3个转化体为单拷贝插入位点，外源基因插入位点分别位于棉花D亚组第7染色体、D亚组第13染色体和A亚组第12染色体。草甘膦耐受性鉴定结果表明，17个阳性转化体均高耐草甘膦，其中ZD131、ZD185和ZD207等3个转化体的耐受性在3个世代之间稳定遗传，可耐4倍的田间草甘膦推荐剂量。农艺性状和经济性状评估结果表明，ZD131、ZD185和ZD207等3个转化体植株生长发育正常，表现出铃大、衣分高、结铃性强等特点，皮棉产量超过对照，纤维品质达到优质棉水平。【结论】 将来源于耐辐射奇球菌的EPSPS基因1174AALdico-2与叶绿体转运肽连接，多基因串联后构建转化载体，农杆菌活体转化技术转入中棉所49，通过一系列筛选后获得3份优良的转基因耐草甘膦材料ZD131、ZD185和ZD207，该方法在提高棉花耐草甘膦水平的同时，也提高了转基因材料的农艺和经济性状。

转基因抗草甘膦棉花R1-3株系的分子特征鉴定

马燕斌, 李换丽, 文晋, 周仙婷, 秦欣, 王霞, 王新胜, 李燕娥

中国农业科学. 2023, 56(17): 3277-3284. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.004

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【目的】 通过转化抗草甘膦除草剂基因G10aroA获得抗草甘膦除草剂的棉花转基因株系，对其进行分子特征鉴定分析，为今后棉花育种利用该株系提供必要的分子依据。【方法】 利用农杆菌介导法，在草甘膦筛选条件下，通过组织培养获得棉花再生株系，利用Western blot对转基因棉花株系不同组织的外源蛋白表达进行检测；通过Southern blot确定株系中外源G10aroA整合位点的拷贝数；利用TAIL-PCR扩增外源基因整合位点侧翼序列，并通过NCBI BLAST工具比较分析其定位的染色体位置。【结果】 通过草甘膦筛选，利用组织培养获得R1-3棉花再生株系；Western blot结果表明，外源基因在叶、苞叶、花、茎中均可正常表达，其蛋白大小约为46 kDa，与预期目标条带一致；基因组DNA酶切后杂交结果显示，R1-3株系外源序列的整合位点为单拷贝插入，其中，KpnⅠ酶切的杂交条带位于约6 557 bp处，EcoRⅠ酶切的2条杂交带位于略大于4 316 bp处；侧翼序列比对结果显示，外源序列融合到陆地棉A或D基因组的第11号染色体上，且在交换插入的过程中，左右边界的融合位点分别位于该染色体47 525 303和47 525 449处。另外，利用特异引物进行PCR鉴定，可知左侧融合位点可扩增出约300 bp的预期特定目标条带，右侧融合位点可扩增出约600 bp的预期特定目标条带。【结论】 获得具有稳定遗传特征的R1-3转基因棉花株系，不同组织中外源基因编码的蛋白均有表达，提高了该株系对草甘膦的高抗性。含有G10aroA的外源序列为单个位点插入，融合位点位于陆地棉A或D基因组第11号染色体上，该融合位点处缺失约146 bp的核苷酸序列。

后基因组时代发展抗除草剂作物的机遇及挑战

吴元龙, 惠凤娇, 潘振远, 尤春源, 林海荣, 李志博, 金双侠, 聂新辉

中国农业科学. 2023, 56(17): 3285-3301. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.005

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全球农业正在面临着严峻的挑战，育种技术是种业发展的基础和关键。基因编辑技术是指对目标基因进行定点修饰，实现对特定靶标基片段的删除、插入和替换。利用基因编辑技术可以精准修改目标基因或将某种优良基因引入到作物中产生优良农艺性状，在分子设计育种中具有巨大潜力，对保障粮食安全具有重大意义。杂草危害对作物的产量和品质影响巨大，如何高效、安全、可持续地防治草害一直是研究的热点。目前，全球市场已经出现超过200种的化学除草剂，利用化学方法来防治草害已成为现代化农业的重要组成部分，抗除草剂作物的推广也显著降低了杂草防治成本，但随着抗除草剂作物的大面积推广和长期使用单一除草剂，杂草抗/耐药性和抗性基因逃逸等环境安全问题逐渐被发现。目前，功能基因组学、生物信息学、基因工程技术的发展（特别是基因编辑技术在植物中的广泛应用），为创制抗除草剂作物和新型高效的除草剂系统创造了条件。本文首先介绍抑制植物氨基酸生物合成、植物脂类代谢、植物类胡萝卜素、质体醌和生育酚生物合成途径除草剂的主要作用靶标基因及其作用机制。其次，介绍2种挖掘新型抗除草剂基因与除草剂系统的方法，包括基于CRISPR/Cas系统对作物内源的除草剂抗性基因进行定向突变方法和基于天然产物与生物体在自然界中存在共同进化理论的抗性基因导向方法。同时，介绍3种培育抗除草剂作物方法的研究进展，包括常规育种培育法、转基因育种培育法和基于CRISPR/Cas基因组编辑技术培育法。其中，重点介绍CIRSPR/Cas系统、碱基编辑技术和Prime-editing系统在培育抗除草剂作物中的研究进展。针对抗性杂草的产生及环境安全问题是当前化学防治杂草面临的主要挑战，以及抗除草剂作物所面临的主要挑战是基因逃逸问题。目前，快速发展的基因组编辑技术为后基因组时代发展抗除草剂作物提供了新的解决策略和新的机遇。最后，对除草剂作物的未来进行了展望。

不同类型晚稻品种安全齐穗下限温度及湖北双季稻区晚稻安全齐穗期研究

李仪, 卢建新, 曹鹏, 周登文, 刘继民, 田平平, 蔡明历, 曹凑贵, 杨特武

中国农业科学. 2023, 56(17): 3302-3316. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.006

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【目的】 确定不同类型晚稻品种安全齐穗下限温度和湖北省不同双季稻区二季晚稻安全齐穗期，为各地合理布局和科学安排双季稻生产提供指导。【方法】 以适宜湖北省双季稻区不同种植方式的粳型、籼型和籼粳杂交型二季晚稻品种为材料，分别于2020年和2021年在湖北省咸宁赤壁市、荆州公安县、武汉洪山区、黄冈团风县、孝感孝昌县5地进行分期播种大田试验，并结合对孕穗抽穗期盆栽试验材料进行模拟低温处理，通过调查结实率和单株产量，分析齐穗前气温与结实率的关系，以结实率降低到最适温度下结实率的82%时的温度为安全齐穗下限温度；在此基础上，根据近30年气象资料绘制湖北省不同双季稻区不同类型晚稻品种在9月份逐日齐穗风险图，并以齐穗日在80%以上的年份可以避开低温的影响作为各地的安全齐穗期。【结果】 随着播期的推迟，各类品种抽穗期延迟。在迟播条件下单株（穴）产量显著降低。结实率是影响各类品种产量的主要因素，并与齐穗前4 d平均气温呈二次曲线关系。齐穗前4 d安全齐穗下限温度，粳稻品种为19.6 ℃，较传统标准低0.4 ℃；籼稻品种为22.4 ℃，较传统标准高0.4 ℃；籼粳交品种为22.2 ℃，与籼稻品种接近。湖北省双季稻区粳稻、籼稻和籼粳交品种的最迟安全齐穗期，在湖北东南地区分别为9月25—28日、9月16—19日和9月17—20日；在东部地区分别为9月23—27日、9月13—19日和9月14—20日；在江汉平原分别为9月25—27日、9月10—17日和9月10—18日；在北部地区分别为9月22—26日、9月7—15日和9月7—17日。【结论】 不同类型晚稻品种及其在湖北省不同地区的安全齐穗期存在较大差异，从南到北呈提早趋势，籼稻品种早于粳稻品种，籼粳交品种与籼稻品种接近。为保证二季晚稻安全生产，各地应根据气候条件和品种特性选择适宜的品种并安排合理的播期；种植粳稻品种有利于抵御抽穗扬花期低温的危害。

麦后复种绿肥及配施不同水平氮肥对小麦产量、品质及氮素利用的影响

张文霞, 李盼, 殷文, 陈桂平, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚

中国农业科学. 2023, 56(17): 3317-3330. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.007

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【目的】 针对甘肃省河西地区春小麦种植氮肥投入量大、肥源单一、氮素利用率低及小麦品质差的问题，探究适宜的绿肥与减量配施氮肥的栽培技术对春小麦籽粒产量、品质及氮素吸收利用的影响，以期为河西灌区春小麦高产、优质和绿色生产方式提供理论依据。【方法】 试验于2019—2021年在甘肃武威河西绿洲灌区进行，试验采用裂区设计方法，主区设单作小麦（W）和麦后复种豆科绿肥（W-G）两种种植模式；副区为5种施氮水平：农户传统施氮100% N肥（180 kg·hm^-2，N₄）、传统施氮的85% N肥（N₃）、传统施氮的70% N肥（N₂）、传统施氮的55% N肥（N₁）及不施氮肥（N₀）。【结果】 麦后复种绿肥结合施氮85%（W-G-N₃）可显著提高小麦籽粒和生物产量，W-G-N₃较单作小麦模式下施氮85%（W-N₃）和传统施氮（W-N₄）籽粒产量分别提高16.7%—18.4%和13.6%—34.4%，W-G-N₃较W-N₃与W-N₄生物产量分别提高11.3%（2020）与5.2%—11.6%（2020—2021），籽粒产量提高幅度大于生物产量，因而，W-G-N₃处理具有较高的收获指数，较W-N₃和W-N₄收获指数分别提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。同时，W-G-N₃可通过增加籽粒蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量改善营养品质，其中W-G-N₃较W-N₃蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量分别提高12.3%—16.1%、28.7%—47.2%和10.7%—11.1%；W-G-N₃较W-N₄蛋白质含量提高8.9%—12.4%，但W-G-N₃与W-N₄处理沉降值和湿面筋含量差异不显著。此外，W-G-N₃较W-N₃和W-N₄有利于促进小麦吸收氮素及转化为籽粒产量，其中植株吸氮量分别提高42.2%—58.9%和35.2%—45.0%，氮肥利用率分别提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%，氮肥偏生产力分别提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%；W-G-N₃处理也可补偿减氮造成的氮肥农学效率的降低，较W-G-N₄氮肥农学效率提高74.2%—80.0%。相关分析表明，麦后复种绿肥配合适量减氮通过促进氮素吸收利用而增加籽粒产量，同时又可显著改善籽粒营养品质。【结论】 麦后复种绿肥结合传统施氮量的85%（153 kg·hm^-2）模式是河西绿洲灌区增加春小麦产量、改善籽粒品质和提高氮肥利用效率的适宜种植模式和施氮水平。

不同油菜品种及栽培措施对收获指数的影响

彭文丽, 王锐, 陈小磊, 刘阿慧, 郑卫东

中国农业科学. 2023, 56(17): 3331-3346. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.008

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【目的】 研究不同油菜品种与栽培措施下收获指数（HI）与籽粒产量、角果皮等不同器官成熟期干重的关系，同时分析油菜品种育成年代、株高和冬性特征对收获指数的影响，为高产、高效油菜品种的选育和栽培措施的协同优化提供参考。【方法】 以近年来长江流域推广的不同育成年代、株高及冬性特征的60个油菜品种为材料，于2016—2017年分别在湖北和贵州两地开展品种大田试验；于2017—2020年在贵州碧江、思南和江口3点开展以不同播种期、肥力水平、种植密度和行距配置等栽培因子的组合试验，开展油菜栽培措施优化组合的大田试验，在油菜成熟期采样后测定各部分干重及产量，计算分析收获指数。【结果】 不同油菜品种的收获指数变化差异最高达367%，不同农艺栽培措施组合使其收获指数差异达52%—117%。不同品种油菜的收获指数每增加0.1，大田籽粒产量在两个试验点分别提高305和385 kg·hm^-2；不同农艺栽培措施优化后籽粒产量随油菜收获指数的提高而增加，收获指数每增加0.1则大田籽粒产量增加505—1 690 kg·hm^-2。不同品种和栽培措施影响下，油菜的收获指数与植株的主茎籽粒产量、分枝籽粒产量和地上部生物产量均呈正相关关系；不同栽培措施优化后油菜收获指数与角果皮干重呈正相关关系；而不同品种和栽培措施的油菜收获指数与茎秆干重没有较一致的相关性。2010年以前与2015年以后育成的油菜品种间收获指数有显著差异；株高小于170 cm的油菜品种其收获指数值相对较高，高秆品种的收获指数显著低于矮秆和中秆品种；弱冬性、半冬性和冬性油菜品种之间收获指数无显著差异。【结论】 油菜不同品种选择和栽培因子的优化组合措施对其收获指数有显著影响，可选育较高收获指数油菜品种推广，同时通过优化组合栽培技术措施适当增加大田油菜群体收获指数，通过良种和良法的协同来提高大田油菜籽粒产量。近年在长江流域选育推广的油菜品种收获指数受其育成年代和株高影响显著，而品种间的冬性差异对油菜收获指数无显著影响。

新疆棉田蓟马的捕食性天敌优势种类筛选与控害功能评价

党雯雯, 刘冰, 褚栋, 陆宴辉

中国农业科学. 2023, 56(17): 3347-3357. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.009

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【目的】 蓟马是新疆棉田一类主要害虫，明确棉田蓟马的优势捕食性天敌种类及其控害功能，可为发展棉田蓟马的生物防治技术提供科学依据。【方法】 于2021—2022年采用目测法，通过对田间不同小区进行五点取样，系统调查南疆库尔勒棉田蓟马及捕食性天敌的种群消长动态。同时对棉田不同生育期采集的捕食性天敌样本进行分子检测，先提取整头天敌的DNA，再利用烟蓟马（Thrips tabaci）、花蓟马（Frankliniella intonsa）特异性引物进行PCR扩增，获取各种天敌体内的蓟马物种信息，据此组建捕食性天敌-蓟马定量食物网，比较棉花不同生育期相关食物网结构的差异。并利用捕食者-猎物功能反应模型，针对不同天敌（包括成虫及幼体），分别设置50、100、200、300和400头/皿的花蓟马猎物密度，室内评价不同天敌对蓟马的捕食功能。【结果】 棉花苗期和蕾期田间蓟马发生量偏低，花铃期蓟马密度较高，种群高峰期出现在7月下旬至8月初。从田间种群动态来看，多异瓢虫（Hippodamia variegata）在苗期、蕾期和花铃期均为棉田优势捕食性天敌，异须微刺盲蝽（Campylomma diversicornis）在花铃期后期为主要天敌。分子检测表明，棉花各生育期多异瓢虫个体中蓟马DNA检出率均较高，苗期-蕾期十一星瓢虫（Coccinella undecimpunctata）、花铃期后期异须微刺盲蝽中也有较高检出率。室内捕食功能反应表明，不同天敌对花蓟马的捕食能力均随猎物密度的增加而增加，多异瓢虫幼虫、异须微刺盲蝽若虫、普通草蛉（Chrysoperla carnea）幼虫对花蓟马的捕食功能均符合Holling-Ⅱ模型，而多异瓢虫成虫、异须微刺盲蝽成虫对花蓟马的捕食功能符合Holling-Ⅲ模型，在高猎物密度（400头/皿）下，多异瓢虫成虫的捕食量显著高于其幼虫、异须微刺盲蝽成虫和若虫、以及普通草蛉幼虫。【结论】 多异瓢虫在整个生育期均为棉田蓟马的优势捕食性天敌，异须微刺盲蝽为花铃期后期主要捕食性天敌。研究结果可为保育利用捕食性天敌防治新疆棉田蓟马提供科学依据。

橘小实蝇对不同品种苹果的选择偏好及适应性

李星星, 周国富, 骆官雨, 陈思蓉, 张金龙, 陈国华, 张晓明

中国农业科学. 2023, 56(17): 3358-3371. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.010

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【目的】 探究橘小实蝇（Bactrocera dorsalis）在6个主栽苹果品种果实上的选择偏好，了解不同品种苹果果实对橘小实蝇生长发育的影响。【方法】 以3种早熟品种（华硕、红露、嘎拉）和3种晚熟品种（短枝富士、烟富三号、秦脆）为试验材料，使用硬度计和糖度折光仪测定苹果果实的硬度和糖度；设置完整果实、去皮果实和果实气味3种处理方式，将同成熟批次的同一处理方式果实放入养虫笼内，测定橘小实蝇对不同品种果实的访问数和产卵数；饲喂初孵幼虫不同品种果实，测定其取食后幼虫历期、化蛹率、蛹重等生长发育参数，分析其对不同品种苹果的选择偏好和生长发育适应性。【结果】 橘小实蝇在不同品种苹果果实上的访问数和产卵数存在差异，雌虫对果实的不同品种和处理更为敏感。早熟品种的完整果实中，橘小实蝇更偏好选择嘎拉，该品种上的雌虫访问数和诱卵数分别达9.0头和105.0粒/果；晚熟品种的完整果实中，橘小实蝇更偏好选择秦脆，该品种上的雌虫访问数和诱卵数分别达5.5头和64.2粒/果。果实处理方式影响橘小实蝇的选择偏好，除嘎拉外，同一品种果实的不同处理方式中去皮果实上的访问数和产卵数更高；早熟品种中以华硕的去皮果实上诱卵数最高，达201.6粒/果，晚熟品种中以烟富三号的果实气味诱卵数最高，达83.8粒/装置；双因素方差分析发现，品种和果实处理方式会对访问数和诱卵数产生影响。橘小实蝇取食嘎拉后的幼虫历期最短，为11.9 d，蛹期以华硕最短，为9.9 d；化蛹率和羽化率在晚熟品种中更高，橘小实蝇幼虫取食不同品种苹果后的特定年龄-阶段存活率差异主要在2龄阶段，取食华硕和嘎拉的2龄幼虫发育速度最快，3 d时达到特定年龄-阶段存活率峰值。【结论】 橘小实蝇对苹果不同品种的选择偏好存在差异，早熟品种中偏好选择嘎拉，晚熟品种中偏好秦脆；果实完整程度和气味对其选择偏好有影响，去皮果实和果实气味上的访问数和诱卵数普遍高于完整果实；橘小实蝇能在苹果果实上完成幼虫期的生长发育，具有在苹果园中繁殖危害的能力，橘小实蝇对苹果果实的选择偏好与后代的生长发育适合度关联性不强，同“选择性与适合度”假说存在差异。苹果园橘小实蝇综合管理中应当加强对嘎拉和秦脆品种的受害情况监测，农事操作中避免损伤果实并及时摘除受损果实。

长期施氮条件下小麦铁锰累积及其与土壤养分的关系

蔺江韵, 尹本酥, 王星舒, 刘晨瑞, 孙庆, 解星星, 程玲玲, 孙理维, 石美, 王朝辉

中国农业科学. 2023, 56(17): 3372-3382. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.011

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【目的】 研究长期施用氮肥条件下小麦铁锰吸收累积规律及其与土壤养分之间的关系，进一步探讨基于产量及小麦铁锰营养的氮肥调控策略，为合理优化氮肥施用和改善小麦营养品质提供科学依据。【方法】 基于旱地冬小麦的氮肥长期定位试验，设置5个施氮水平0、80、160、240、320 kg·hm^-2，研究不同氮水平条件下小麦籽粒铁锰含量及其与产量、铁锰吸收分配规律、土壤养分及各形态铁锰的关系。【结果】 施氮显著提高了冬小麦产量、地上部铁含量、籽粒铁含量，降低了地上部和籽粒的锰含量。与对照相比，氮肥供应超过160 kg·hm^-2时，小麦产量及籽粒铁含量不再继续增加，分别保持在5 857—6 598 kg·hm^-2和40.2—42.2 mg·kg^-1，而籽粒锰含量保持较低水平，为30.4—35.3 mg·kg^-1。氮肥施用显著降低了土壤pH，提高了土壤中铁、锰元素的松结有机态及铁元素的锰氧化物结合态比例，增加了土壤中铁、锰的生物有效性。相关分析结果表明，小麦籽粒铁含量与产量、生物量、收获指数、穗数、穗粒数、铁收获指数显著正相关，与籽粒锰含量显著负相关；与土壤锰氧化物结合态铁显著正相关；与残渣态铁显著负相关。小麦籽粒锰含量与产量、生物量、收获指数、穗数、穗粒数、籽粒吸铁量、铁收获指数显著负相关，与地上部吸锰量显著正相关；与土壤各种形态锰不相关。【结论】 西北旱区石灰性土壤中长期施氮可提高土壤铁的有效性、促进小麦对铁的吸收及铁向籽粒的分配，进而提高籽粒铁含量；施氮虽然提高了土壤锰的有效性，但显著抑制了小麦对锰的吸收，最终导致小麦籽粒锰含量降低。此外，当供磷水平一致时，土壤长期缺乏氮素供应可能导致小麦籽粒铁含量较低，而锰含量过高。综合考虑产量、籽粒铁锰元素营养品质及环境经济效益，西北旱区石灰性土壤小麦氮肥施用量建议控制在160 kg·hm^-2，过量施用氮肥无助于继续提高产量及品质。

返青后补灌与氮肥用量对旱地小麦产量及水氮利用效率的影响

赵凯男, 吴金芝, 黄明, 李友军, 汪洪涛, 黄修利, 吴姗薇, 张军, 赵志明, 赵雯馨, 李淑靖, 李爽, 李文娜

中国农业科学. 2023, 56(17): 3383-3398. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.012

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【目的】 基于高标准农田建设改善了旱地麦田灌溉条件，但小麦季通常仅能进行一次灌溉的生产实际，探索返青后补灌与氮肥互作对旱地小麦生产力、水氮利用以及土壤硝态氮残留的影响，为旱地小麦高产高效和环境友好生产提供理论依据和技术支撑。【方法】 于2019—2022年，在黄土高原与黄淮海平原交汇处的典型旱地小麦种植区，设置两因素裂区试验，灌溉水平为主处理，分别为全生育期不灌溉（I0）和返青后补灌（I1，小麦返青后0—40 cm土层首次出现土壤含水量低于田间持水量的60%时，补灌至田间持水量的85%，全生育期仅灌溉一次）。施氮量为副处理，分别为0（N0）、120（N120）、180（N180）和240 kg N·hm^-2（N240）。分析小麦产量及其构成因素、水分利用效率、氮素吸收利用特征以及0—200 cm土层硝态氮残留量。【结果】 与I0相比，I1优化了小麦产量构成要素，增加了氮素吸收能力，籽粒产量和水分利用效率3年平均分别显著提高55.8%和34.7%，0—200 cm土层硝态氮残留显著降低11.6%。随着施氮量增加，I0水平下小麦产量、穗数、穗粒数和水分利用效率均呈现先升高后下降的趋势，以N180处理最高；而I1水平下表现为先增加后保持稳定，N180和N240处理均保持较高水平。两种灌溉水平下，增加施氮量均显著降低了氮素利用效率、氮肥吸收效率和氮肥偏生产力，但N180处理下氮肥农学效率和氮肥表观利用率与N120相比无显著降低（2021—2022年度I1除外）。无论灌溉与否，增加施氮量均提高了成熟期麦田土壤硝态氮残留量，I0水平下各施氮处理硝态氮主要富集在0—60 cm土层，且N180和N240处理在0—200 cm土层出现逐年累积效应；而I1较I0显著降低了0—60 cm土层硝态氮残留量，0—200 cm土层仅在N240处理下出现硝态氮累积。从互作效应看，3年试验中，I1N180和I1N240组合均具有较高的籽粒产量和水分利用效率，但I1N180较I1N240降低了生育期耗水量和土壤硝态氮残留量，并提高了氮效率。【结论】 小麦返青后补灌配施氮肥180 kg N·hm^-2可以优化产量构成要素，提高植株氮素积累量及积累强度，不仅在提高小麦产量的同时获得最优氮效率，还能降低0—200 cm土层硝态氮残留量，是旱地小麦在灌溉条件改善后兼顾小麦高产高效和环境友好生产的水肥组合。

河北永定河流域葡萄园土壤硝态氮空间分布特征

李思奇, 王志慧, 常玉瑶, 吉艳芝, 郭艳杰, 刘俊, 张丽娟, 王娅静

中国农业科学. 2023, 56(17): 3399-3411. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.013

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【目的】 探究永定河流域葡萄园氮素投入、高程与土壤硝态氮含量和累积量之间的关系，旨在为永定河流域葡萄种植区的合理施肥和降低环境污染风险提供理论依据。【方法】 以河北永定河流域52个典型葡萄园为研究对象，实地调研葡萄园养分投入现状，室内分析测定葡萄园0—60 cm垂直土层（间隔20 cm）硝态氮含量，并计算其累积量和盈余量。利用ArcGIS地统计学方法分析氮素投入和盈余、土壤硝态氮含量和累积量的空间变异性。【结果】 永定河流域施用有机肥农户不足50%，以施用无机肥为主。上、下游葡萄园平均氮素投入量分别为（1 492.79±988.90）和（1 079.31±638.25） kg·hm^-2，平均氮素盈余量分别为（1 430.41±993.01）和（1 027.23±637.37） kg·hm^-2，氮素投入与盈余量之间呈极显著正相关（P<0.01），且在空间分布上均具有从西到东递减的趋势。土壤硝态氮含量和累积量在不同土层间的变化及空间分布规律一致，低值区主要分布在下游，高值区主要分布在上游。上游和下游0—60 cm土壤剖面硝态氮平均含量分别为34.96和18.76 mg·kg^-1，平均累积量分别为92.44和48.12 kg·hm^-2，不同土层间均差异显著。上游土壤硝态氮含量和累积量在20—40 cm土层最低，下游则随土层的增加而增加。上游土壤硝态氮含量和累积量在600—650 m高程范围内最高，显著高于其他高程（P<0.05），而下游受高程的影响不显著。相关性分析表明，高程主要影响表层硝态氮累积量分布，氮素投入主要影响底层硝态氮累积量分布。【结论】 永定河流域葡萄园氮素盈余严重，垂直土层硝态氮向深层累积，不同高程（除450—500 m）土壤硝态氮含量与累积量均为上游高于下游，但在垂直分布上变化趋势不同，受高程和氮素投入共同影响。

重茬条件下距原栽植行不同距离对G935自根砧‘宫藤富士’幼树树体生长和果实产量的影响

李民吉, 李兴亮, 张强, 周佳, 杨雨璋, 周贝贝, 张军科, 魏钦平

中国农业科学. 2023, 56(17): 3412-3419. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.014

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【目的】 调查研究重茬栽植条件下距原栽植行不同距离种植对G935矮化自根砧‘宫藤富士’苹果幼树树体生长等的影响，评价G935矮化自根砧嫁接‘宫藤富士’的抗重茬能力，为我国老龄低效苹果园重茬更新和栽培模式升级提供理论依据。【方法】 2018年春，刨除12年生苹果大树（‘宫藤富士’/SH6/实生砧），不进行土壤杀菌，不添加有机肥、化肥和生物菌肥，直接在距原栽植行不同距离（0、0.5、1、1.5和2 m）栽植G935矮化自根砧‘宫藤富士’苗（2年根1年干），采用细纺锤树形整形修剪，栽植后连续4年调查5个处理下G935矮化自根砧‘宫藤富士’幼树树体生长、叶片功能、早花早果性和果实产量品质的差异。【结果】 重茬栽植条件下，距原栽植行不同距离G935矮化自根砧‘宫藤富士’树体生长、叶片功能、早花早果性和果实产量品质没有显著差异。重茬栽植4年内，随着树龄的增长，5个处理‘宫藤富士’树高、干粗和主枝数量逐年增加，重茬栽植第4年，各处理树体平均主枝数量均达到30个以上。栽植第2年开始，各处理树体长枝比例逐年降低，短枝比例逐年升高。重茬栽植第4年，各处理‘宫藤富士’树体新梢生长、叶片叶绿素含量、净光合速率、百叶重（鲜重和干重）均无显著性差异；各处理‘宫藤富士’果实的平均单株产量和果实品质（平均单果重、果形指数、可滴定酸含量、可溶性固形物含量和果实固酸比）均相近，无显著性差异。【结论】 重茬栽植条件下，栽植前4年，5个距离原栽植行不同距离种植G935矮化自根砧‘宫藤富士’的幼树树体生长、叶片功能、早花早果性和果实产量、品质等指标均没有显著性差异，各处理树体枝类组成合理，树势中庸且不衰弱，成花早，果实品质优良，G935适宜重茬再植使用，且抗重茬效果不受与原栽植行距离的影响。

柚果肉颜色遗传变异分析及候选基因挖掘

程莉, 杨胜男, 朱延松, 王旭, 赵婉彤, 李仁静, 李沛, 苑忠杰, 江东

中国农业科学. 2023, 56(17): 3420-3434. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.015

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【目的】 果肉颜色是柚类品种重要的外观性状以及品质性状，挖掘与柚果肉颜色显著相关的变异位点及相关基因，为进一步理解柚类品种果肉呈色机理以及分子标记辅助育种奠定基础。【方法】 通过表型调查及色差仪测量，对100份柚类种质的果肉颜色进行评价和分类，利用GBS（genotyping-by-sequencing）测序技术对所有材料进行简化基因组测序。将测序得到的基因型数据通过GCTA软件计算特征值及特征向量分析群体结构，利用plink 2.0软件计算不同果肉颜色群体的遗传分化系数（Fst），选用GEMMA软件中GLM模型进行全基因组关联分析，选取与颜色表型显著关联的变异位点进行等位变异分析，根据柑橘LD大小对变异位点邻近位置进行基因注释，筛选出与果肉颜色形成相关的候选基因，随机选择4份白肉柚和4份红肉柚材料在不同发育时期对候选基因表达进行初步验证。【结果】 根据果肉颜色将100份柚类种质分为白肉柚和红肉柚两大类，其中包含58份白肉柚和42份红肉柚。通过Fst遗传分化指数分析和GWAS全基因组关联分析共筛选到Fst系数大于0.4且-log₁₀（P）>9的位点6个，对6个变异位点进行基因分型，根据基因型能够预测柚品种的果肉颜色。对变异位点侧翼25 kb序列进行基因注释共筛选出14个基因，其中包含类异戊二烯合成、叶绿体氧化还原反应、质体发育、脱落酸信号调节、乙烯响应等相关基因和转录因子。基因表达分析显示，Cg7g013760（促分裂原活化蛋白激酶激酶激酶MAPKKK17）、Cg7g013840（叶绿体卟啉原脱氨酶）、Cg7g014020（转录因子TCP7）、Cg7g014120（叶绿体超氧化物歧化酶SOD3）、Cg7g014190（FAD合成酶2）与果肉颜色形成存在一定关联。【结论】 经过GWAS和Fst两种分析方式共鉴定到6个与果肉颜色显著关联的SNP位点，对该位点上下游25 kb的距离进行基因注释共筛选到了14个基因，通过基因表达模式分析初步判定其中5个基因参与了柚果肉颜色的形成。

HS-SPME-GC-MS技术结合电子鼻分析热处理对南京盐水鸭高温蒸煮味的影响

吴世豪, 黄天然, 黄明

中国农业科学. 2023, 56(17): 3435-3451. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.016

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【目的】 以南京盐水鸭为研究对象，通过风味检测技术研究热处理对其高温蒸煮味（warmed-over flavor，WOF）产生的影响，并对其高温蒸煮味的主要成分进行分析，填补南京盐水鸭高温蒸煮味相关研究的空白，为禽类加工方向的异味控制提供一定的科学依据。【方法】 选用12只樱桃谷鸭鸭腿为原料，经过清洗、干腌、湿腌、凉胚、煮制后制作成南京盐水鸭，待其冷却后利用高温蒸煮袋进行真空包装，随机分成4组。其中一组作为对照组不作热处理，另外3组则分别作不同温度的热处理，探究在不同热处理条件下（80 ℃ 50 min、100 ℃ 30 min和121 ℃ 15 min）盐水鸭挥发性气味物质的种类及含量的变化，利用HS-SPME-GC-MS结合电子鼻与感官评价，通过聚类分析、PLS-DA分析研究热处理对南京盐水鸭蒸煮味形成的影响。【结果】 不同热处理条件下南京盐水鸭的挥发性风味物质种类及含量均有所差异。感官评定的结果显示121 ℃处理组的高温蒸煮味最重，然后是100 ℃、80 ℃热处理组，其中未进行热处理的盐水鸭风味最好。GC-MS的结果显示，4个组共检出78种风味化合物，主要包括醛类、酮类、烃类、醇类和含氮含硫及苯系物。对这78种风味物质进行OAV分析，发现其中共有22种OAV>1的活性气味物质，对22种活性气味物质进行聚类分析，结果显示戊醛、2-庚酮、癸醛、十二醛、辛醛、己醛、庚醛、壬醛、2,5-辛二酮、1-辛烯-3-醇和2-戊基呋喃在121 ℃处理组含量最高。对22种气味物质进行OPLS-DA分析，结果显示壬醛、辛醛、戊醛、1-辛烯-3-醇和2-戊基呋喃的VIP>1，且其在121 ℃处理组中含量最高（P<0.05）。【结论】 121℃高温热处理能够显著促进盐水鸭中脂质的氧化降解，使代表性香气物质含量显著下降，代表性异味物质含量显著上升，挥发性风味物质中的壬醛、辛醛、戊醛、1-辛烯-3-醇和2-戊基呋喃是南京盐水鸭高温蒸煮味的主要成分。

略阳乌鸡褐壳蛋壳颜色量化体系的建立和遗传基础分析

陈球, 黄晶晶, 王哲鹏

中国农业科学. 2023, 56(17): 3452-3460. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.017

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【背景】 褐壳蛋壳颜色与蛋壳强度、蛋内抗菌肽含量、血斑肉斑和孵化率有密切联系，是影响蛋品质和销售的一个重要的指标。然而，一些地方鸡因选育程度低，存在蛋色偏浅、均匀度差等不足，给鸡蛋的销售和品牌的打造造成不利影响。 【目的】 探讨以略阳乌鸡为对象，建立能灵敏度量蛋壳颜色变异的量化体系，估计品种特异性蛋壳颜色的遗传力，筛选参与蛋壳颜色调控的候选基因，为略阳乌鸡褐壳蛋壳颜色选育奠定理论基础。 【方法】 在略阳乌鸡蛋用系62个半同胞家系中选取841只母鸡，每只鸡收集3枚蛋，用L*a*b色度体系量化蛋壳颜色。在贝叶斯框架下，用马尔可夫链蒙特卡罗（Markov Chain Monte Carlo, MCMC）算法计算各色度指标的后验遗传力。用逆γ分布指定育种值和残差方差的先验分布。执行130 000迭代，弃去前30 000次迭代结果，按间隔100存储迭代结果，获得各方差组分的后验分布和各指标的后验遗传力。选取产浅褐壳、褐壳、浅绿壳的母鸡各8只，每只鸡收集3枚蛋用于蛋壳色素含量的测定。用原卟啉和胆绿素标准品建立浓度与吸光度值的回归关系，分别在670 nm和412 nm处测定胆绿素和原卟啉的吸光度，用回归法求得待测样本两种蛋壳色素的浓度。采集褐壳（n=8）和浅褐壳（n=8）母鸡的蛋壳腺，用qPCR法检测ALAS1和CPOX在蛋壳腺中的表达量。 【结果】 在3个色度指标中，a值递减的变化规律与褐色向绿色调过渡的视觉观感吻合度最高。L值和b值能够反映褐壳颜色深浅的变化，但在区分褐色和绿色调上存在较大误差。L值和b值分布呈现出较高的集中度，50%的样本的L值和b值集中分布于73.3—79.1和13.1—18.2之间，而a值分布更为分散，50%的样本分布于1.4—7.1之间。与上述分布特征保持一致，a值的变异系数88.2%要高于L值5.7%和b值24.0%。遗传力估计结果显示，a值主要受遗传效应调控（h²=0.77），而L值（h²=0.46）和b值（h²=0.37）受环境效应影响更大。在蛋壳色素和蛋壳颜色之间，原卟啉浓度与3个色度指标均存在强相关关系（L: r=-0.86，a: r=0.73, b: r=0.88），但胆绿素浓度仅与a值存在强负相关（r=-0.73）。ALAS1和CPOX是两个催化原卟啉前体物合成的酶。表达结果显示，CPOX在褐壳鸡中的表达水平是浅褐壳的1.5倍（P<0.05），但ALAS1的表达量无显著差异（P>0.05）。【结论】 原卟啉是影响略阳乌鸡蛋壳颜色的关键色素，而CPOX是与蛋壳原卟啉含量和褐壳颜色显著关联的候选基因。a值是量化略阳乌鸡蛋壳颜色准确度和灵敏度最高的指标，且具有较高的遗传力。对a值向上选择，有望在提高褐壳颜色深度和均匀度方面取得较大选择反应。

猪SsMT-1A和SsMT-2A的原核表达及金属结合特性研究

杨惠珍, 杨欢, 吴子璇, 范阔海, 尹伟, 孙盼盼, 钟佳, 孙娜, 李宏全

中国农业科学. 2023, 56(17): 3461-3478. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.018

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【目的】 通过对猪(Sus Scrofa)金属硫蛋白1A（metallothionein-1A of S. Scrofa, SsMT-1A）和2A（Metallothionein- 2A of S. Scrofa, SsMT-2A）的生物信息学分析、原核表达和纯化，研究它们与Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)的结合特性。为饲料中添加Zn和Cu在促进猪生产性能的作用机制研究提供理论基础。【方法】 首先，从NCBI中获得SsMT-1A和SsMT-2A的基因序列，利用ClustalX2和ExPASy分析两者的蛋白序列和结构差异，利用MEGA-X构建两者与其他物种MT蛋白分子的进化树。其次，构建pET-28a-SUMO-SsMT-1A/ SsMT-2A原核表达载体，转化BL21(DE3)plysS，用IPTG诱导表达。利用Ni-NTA柱亲和层析和葡聚糖凝胶层析纯化重组蛋白。最后，利用大肠杆菌金属耐受性实验、圆二色光谱（circular dichroism, CD）、基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（matrix assisted laser analytic ionization time of flight mass spectrometry, MALDI-TOF-MS）和等温微量热仪（isothermal micrometer calorimetry, ITC）分析SsMT-1A和SsMT-2A与Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)的结合特性。【结果】 生物信息学分析表明：SsMT-1A和SsMT-2A蛋白分子的同源性较高，半胱氨酸（Cysteine, Cys）含量和排列基序完全一致，仅有8个非Cys位点差异。经原核表达、Ni-NTA柱和Superdex-75柱纯化、SUMO酶酶切，成功获得了SsMT-1A和SsMT-2A。金属耐受性试验表明：与SsMT-2A相比，转SsMT-1A大肠杆菌具有较强的Zn和Cu耐受性。CD光谱表明：SsMT-1A和SsMT-2A均可与Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)结合，两者均展示了Zn(Ⅱ)结合偏好性，然而，SsMT-1A较SsMT-2A具有较强的Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)结合能力。MALDI-TOF-MS表明：apo-SsMT-1A和apo-SsMT-2A的分子量分别为6 047.5 Da和6 048 Da，SsMT-1A和SsMT-2A与Zn(Ⅱ)的结合稳定，与Cu(Ⅰ)的结合不稳定。ITC表明：SsMT-1A和SsMT-2A与Zn(Ⅱ)的结合不稳定，与Cu(Ⅰ)的结合稳定，两者结合Cu(Ⅰ)的化学计量数均为7，SsMT-1A结合Zn(Ⅱ)的化学计量数为2。【结论】 虽然SsMT-1A和SsMT-2A具有较高的同源性，然而，8个非Cys位点的差异决定了两者金属结合特性的差别。尽管SsMT-1A和SsMT-2A共享了高度一致的Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)结合行为，然而，两者与Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)的结合特性存在细微差别，两者不应被认为是完全生理等价分子。在生理条件下：SsMT-1A可能发挥重金属离子的解毒作用，SsMT-2A可能发挥Zn内稳态的调控作用。本研究为进一步阐明SsMT-1A和SsMT-2A调节金属离子内稳态，发挥促进猪生产性能的作用研究奠定了基础。

盖塔病毒SC483株cDNA感染性克隆的构建

杜炳辰, 王铭, 刘春国, 王世达, 魏新宇, 路雅曼, 孙振钊, 刘在斯, 魏丽丽, 王靖飞, 杨德成

中国农业科学. 2023, 56(17): 3479-3486. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.019

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【背景】 盖塔病毒（Getah virus, GETV）是一种由蚊虫传播的病毒，分类学上属于披膜病毒科甲病毒属成员。该病毒宿主范围广，可感染猪、马、牛、狐狸等多种哺乳动物，人也可以感染，但在人群中造成的危害尚不知晓。动物感染主要临床表现为发热、皮疹、关节炎、繁殖障碍和死胎。GETV在世界范围内流行较为广泛，近年来在我国的流行呈上升趋势，2018年我国南方多个猪场爆发该病，GETV在畜禽养殖及公共卫生方面的危害渐渐受到人们的关注。目前，尚无用于预防和治疗盖塔病毒感染的商业化疫苗和药物。由于对GETV研究较少，其生物学特性、对不同物种的致病性和致病机制以及流行趋势在很大程度上均是未知的。【目的】 建立高效的GETV反向遗传操作平台，为深入研究GETV基因组结构与功能、致病机制以及开发新型疫苗奠定基础。【方法】 采取化学合成的方式人工合成了两端分别含有锤头状核酶（HamRz）和丁肝病毒核酶（HdvRz）序列的GETV SC483株基因组全长，并克隆至低拷贝pOK12-CMV载体中，从而获得含有GETV SC483株基因组全长cDNA克隆的重组质粒pGETV-SC483。将纯化的重组质粒pGETV-SC483转染BHK-21细胞进行病毒拯救。对拯救病毒进行连续传代、鉴定以及生物学特性分析，并对感染性克隆质粒pGETV-SC483在大肠杆菌中的遗传稳定性进行验证。【结果】 重组质粒pGETV-SC483转染BHK-21细胞后，48 h即可观察到GETV感染引起的典型细胞病变，获得的拯救病毒命名为rSC483。分别提取拯救病毒和亲本病毒基因组RNA，对病毒基因组进行RT-PCR扩增、Not I酶切以及序列测定。结果表明，拯救病毒不同于亲本病毒，其含有人为引入以消去Not I酶切位点的G4332A突变的分子标记。使用GETV特异性抗体作为检测抗体的间接免疫荧光试验和病毒粒子形态学电镜负染观察结果进一步表明，GETV拯救成功。噬斑形成试验和一步生长曲线试验结果表明，拯救病毒与亲本病毒具有相似的复制能力和增殖特性。另外，感染性克隆质粒pGETV-SC483在大肠杆菌DH5α中连续传代后的测序结果表明，该重组质粒具有良好的遗传稳定性。 【结论】 成功构建了稳定、高效的GETV SC483株全长cDNA感染性克隆，为GETV生物学特性及致病机理研究以及新型疫苗开发提供了技术平台。

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